1 Explorando el Nano-mundo y sus MaravillasSalvador Cruz Jiménez Departamento de Física Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa

2 De lo Macro a lo Nano

3 1019 m 100,000 años luz

4 109 m

5 106 m m 10-1m 10-2 m 10-3 m 10-6 m

6 10-9 m = 1 nanometro (nm) 10-10 m = 0.1 nm = 1 Angstrom

7 Mili y micromundo El nanomundo 2 nm 100 nm 0,1 nm Virus SIDA 25 mm ADNAdenina N H C 0,1 nm Glóbulos rojos 5 mm 50 mm Cabello humano 25 mm Cortesía de Pedro Echenique Mili y micromundo

8 Reducción del tamaño de patrones de grabado y sus consecuenciasLos patrones en la superficie del CD difractan la luz visible Reducción del tamaño de patrones de grabado y sus consecuencias Cabello sobre CD

9 El proceso de miniaturización en la industria electrónicaProcesadores Intel Plantilla de circuitos Creación de cada transistor (Fotolitografía) Oblea de silicio con impresión De muchos chips idénticos El proceso de miniaturización en la industria electrónica PELICULAS

10 El límite de la miniaturización a escala atómicaEjemplo: Un CD como memoria de almacenamiento Atomos de silicio Si atoms on self-assembled 5 atom wide tracks consisting of 0.4 monolayer Au on a stepped Si (111) substrate store information at 250 Terabits per square inch (Franz Himpsel, ) ¡Entramos al nanomundo !

11 “There’s Plenty of Room at the Bottom...”Nanotecnología: El límite atómico “There’s Plenty of Room at the Bottom...” Richard P. Feynman, 1959 “No hay ninguna ley física que impida manipular átomos y moléculas individualmente, o fabricar estructuras a partir de los mismos. En principio se puede hacer; en la práctica no se ha hecho porque somos demasiado grandes”.

12 ¿Por qué el tamaño sí importa?Las propiedades físicas y químicas de un material cambian fuertemente respecto al material macroscópico cuando sus dimensiones son nanométricas. Se trata del comportamiento de unos pocos átomos (moléculas) en comparación con el sólido macroscópico o bien del comportamiento de electrones, átomos o moléculas Atrapados en cavidades nanométricas. hole electron Wannier exciton in nano-crystalite 7 A 100 A

13 Nano-confinamiento y propiedades ópticas de materiales+ _ e- Centros-F en halogenuros alcalinos 5 A Se bombardea con electrones un cristal De NaCl El cristal se colorea Los electrones atrapados en vacancias absorben y emiten luz como los átomos, debido al confinamiento espacial PELICULAS

14 Absorción y emisión de luz de Nano-partículas de CdSehole electron Wannier exciton in nano-crystalite Absorción y emisión de luz de Nano-partículas de CdSe Absorción Emisión Absorción/Emisión Quantum dots 100 A

15 Qdot 525, 565, 605 and 655 Streptavidin Conjugates used to label the breast cancer marker Her2 on the surface of different SK-BR-3 cells. PELICULA

16 Kenneth Chang, "Tiny Is Beautiful: Translating 'Nano' Into Practical", The New York Times, February 22, 2005.Images courtesy of the Stained Glass Museum, Britain.

17 ¿Es posible manipular átomos?La ciencia actual ha llegado al punto de la manipulación de átomos individuales, lo cual hace factible la construcción futura de arreglos más complejos con funciones específicas.

18 Microscopia de Fuerza AtómicaAFM UAM-Iztapalapa

19 Principio del Microscopio de Fuerza Atómica

20 PELÍCULA TÚNEL Cortesía: Pedro Echenique

21 PELÍCULA DIPC 1nm Cortesía: Pedro Echenique

22 La manipulación de átomos permite ahora construir oredenamientos atómicos específicos sobre superficies. PELICULA

23 Corrales Cuánticos diseñados sobre pedido.5 nm átomos de fierro sobre superficie de cobre

24 ¿Estamos usando ahora la nanotecnología?

25 PELICULA 16Gb flash memory Samsung (2009) www.nanotechproject.org“…it has become the first to begin mass producing 16 gigabit (Gb) NAND flash, the highest capacity memory chip now available. The company said it will fabricate the devices in 51 nanometers (nm), the finest process technology to be used in memory mass production to date.” “It combines pure nano silver ion with fiber by high tech to create a new product which has functions of anti-bacteria, disinfection and deodorization. It can also release an anion and the healthy energy.” The Agility dress is sporty and fun all in on. The hem length is above the knee with functional invisible side seam pockets, tee holder pocket on the chest, and a built-in support sport top. This design is constructed with revolutionized fabrics that repel liquids, resist wrinkles, dry fast, breathe easy, enhance circulation and is antimicrobial. PELICULA

26 Contains natural oils and Vitamin F, encapsulated into powerful nanoparticlesNanospheres: Infused with free radical fighting antioxidant vitamins, penetrate deep into the skin to protect, condition and adjust to skin’s specific needs. Arbonne Intl. “With the additive of Silver Nanoparticles, our product has been clinically proven to fight against harmful bacteria, molds and mites.”

27 “GM introduced the first commercial automotive exterior application ofnanocomposite material on the step assist of the 2002 GMC Safari and Chevrolet Astro vans. Fullerene C60 is a naturally occurring microscopic form of carbon, of the same purity as a diamond, which was found to to have remarkable anti-oxidant properties. “The Nanofine Zinc Oxide for Cosmetic Clarity and Broad Spectrum UV Protection. ZinClear™ is an exceptionally transparent form of zinc oxide.

28 primeras nano-máquinasNano-materiales y primeras nano-máquinas

29 Fullerenos y NanotubosHoja de grafito 1 nm Nano-alambres Nano manipulador Control de crecimiento

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31 real 300 nm modelo Película STM Nanomotor basado enUn nanotubo (eje) , una placa metalica y un chip de silicio Película STM Quicktime+fast_osc A.N. Fennimore et al. NATURE, 424 (2003) 408.

32 Oscilador nano-electromecánico asistido por tensión superficial

33 Transporte atómico inducido Por corriente en nanotuboNanogotas de mercurio Transporte atómico inducido Por corriente en nanotubo PELICULA Regan_relax

34 Visión hacia el futuro…..lo que la Ciencia depara…..

35 El motor de una nanomáquinaY el principio de los nano robots…! PELICULA Regan_CG_movie

36 ¿Qué nos enseña la naturaleza?

37 Patrones de auto-organización molecularVirus SIDA 100 nm N H C ADN ¿Máquinas moleculares naturales?

38 Virus inyectando ADN en una célula¿cómo conoce su función? 100 nm ¿Es posible manipular átomos individuales y construir máquinas moleculares con funciones específicas?

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41 Y la visión hacia las nano máquinas…

42 Nano máquinas y robots híbridos del futuro…..Acoustic relay attached to an onboard computer sends and receives ultrasound to communicate with medical team Sensors and manipulators detect illnesses and perform cell by cell surgery Pumps remove toxins from the body and disperse drugs Outer shell made of strong, chemically inert diamond Up to 10 trillion nanorobots, each as small as 1/200th the width of a human hair might be injected at once Typical probe sizes Width of a human hair Cell Cortesía: Pedro Echenique Adapted from Time Magazine, Nov by A. P. Tomsia

43 Cortesía: Pedro Echenique

44 ?

45 Las máquinas y robots moleculares pueden ser desarrollados, sólo es cuestión de tiempo.Nace la ingeniería molecular o nano-ingeniería como actividad interdisciplinaria entre Biología, Física , Química y Computación. Un nuevo mundo

46 “La cultura del siglo XXI va a ser una cultura científico-técnica: los países que no desarrollen esta cultura están condenados al subdesarrollo.” Ginés Morata (Premio México, 2004) Cortesía: Pedro Echenique